Загрузка...

Расчет коэффициента усиления усилителя


Коэффициент данного усилителя равен произведению коэффициентов усиления 3-х, входящих в него каскадов, т.е.
KU = KU1?KU2?KU3
Найдем коэффициент усиления 1-го каскада. Он находится по формуле: KU1 = S?Rн , где S – это крутизна транзистора VT1 равна :
S = 40?IKVT1
Сопротивление нагрузки 1-го каскада находится как эквивалентное сопротивление параллельно соединенных резисторов R3, R5, R6 и сопротивления транзистора VT2 — h11ЭVT2, т.е.
1/Rн = 1/R3+1/R5+1/R6+1/h11ЭVT2 = 5334 (Ом)
KU1 = 40?0,00066?5334 = 140,82

Теперь рассчитаем коэффициент усиления 2-го каскада. Он равен:
KU2 = S?Rн , где S – это крутизна составного транзистора и равна :
S = 40?IKVT2
Сопротивление нагрузки 2-го каскада находится как эквивалентное сопротивление параллельно соединенных резисторов R7, R9, R10 и сопротивления транзистора VT4 — h11ЭVT4, т.е.
1/Rн = 1/R7+1/R9+1/R10+1/h11ЭVT4 = 504 (Ом)
KU2 = 40?0,002?504 = 40,32

Рассчитаем коэффициент усиления 3-го каскада:
KU3 = S?Rн , где S – крутизна транзистора VT4: S = 40?IKVT4
Сопротивление нагрузки 3-го каскада находится следующим образом:
1/Rн = 1/R11+1/Rнагр , где Rнагр = 50000 (Ом) – задано по условию, тогда
Rн = 1923 (Ом)
KU3 = 40?0,002?1923 = 153,84

Теперь можно вычислить общий коэффициент усиления усилителя:
KU = 140,82?153,84?40,32 = 873482
Получившийся коэффициент усилителя больше заданного по условию, поэтому необходимо уменьшить коэффициент усиления одного из каскадов.
Будем уменьшать коэффициент усиления 1-го каскада. Для этого найдем, во сколько раз получившийся коэффициент больше необходимого.

KU/ Kнеобх = 873482/100000 8,73
т.о. необходимо в 8,73 раза уменьшить коэффициент усиления 1-го каскада KU1.
Найдем KU1необх = KU1/8.73 = 140.82/8.73 = 16.13
Для уменьшения KU1 будем изменять резистор R3 , т.к. его величина мало влияет на остальные параметры каскада. Из соотношения KU1 = S?Rн , найдем каким должно быть сопротивление нагрузки Rн :
Rн = KU1необх / S = 16,13 / (40?0,00066) = 611 (Ом)
отсюда находим резистор R3 :
1/R3 = 1/Rн -1/R5 -1/R6 -1/h11ЭVT2 => R3 = 620 (Ом)

Теперь заново найдем Rн, KU1 и KU:
1/Rн = 1/R3 +1/R5 +1/R6 +1/h11ЭVT2 => Rн = 610 (Ом)
KU1 = S?Rн = 40?0,00066?610 = 16.104
KU = 16,104?153,84?40,32 = 99890,36
Полученный коэффициент усиления ненамного отличается от требуемого , поэтому резистор R3 оставляем равным R3 = 620 (Ом).

3.Расчет усилителя по переменному току
Для расчета усилителя по переменному току необходимо, чтобы выполнялись условия: Fmin = 65 Гц, Fmax = 11 кГц. В схеме данного усилителя мы имеем 4 RC цепочки:
1. С1 — С2 ;
2. С3 — С4 ;
3. С5 — С6 ;
4. С7 — Rн ;

3.1 Расчет схемы по низким частотам
Для простоты расчета будем полагать, что постоянная времени ? для всех RC цепочек на низких частотах одинакова. Найдем ?, для этого составим уравнение суммарного коэффициента:
_____________ __
?k?? = ?k?4 = (1/ ? (1+1/?2?2) )4 = 0.707 = 1/?2 , где ? = 2?Fmin
Решим уравнение и найдем ? :
________ _ _
(1/ ? (1+1/?2?2) )4 = 1/?2 => (1+1/?2?2) 2 = ?2 =>
_ _
=> 1+1/?2?2 = 4?2 => ?2?2 = 1/(4?2 -1) =>
_____
=> ? = 1/(??4?2 -1) => ? = 0.0056 (с)
Теперь зная ?, можно найти часть конденсаторов.
Для вычисления емкостей конденсаторов С1 и С2 преобразуем схему 1-го каскада усилителя:
R4’ = ( h21Э+1)/ R4 C2’ = C2/(( h21Э+1)
С учетом этого схема примет вид :
Примем С1 = С2/( h21Э+1), тогда
С1 = 2? /( Ri + h11ЭVT1) т.к. у 1-го каскада сопротивление генератора Ri =0 то емкость конденсатора определяется по формуле :
С1 = 2? / h11ЭVT1 = 2?0,0056/2083 =0,0000054 (Ф)
Из справочника берем ближайшую емкость конденсатора С1 = 5,6 мкФ
С2 = С1?(h21ЭVT1ср+1) = 0,0003136 (Ф)
Выбираем стандартную емкость С2 = 300 мкФ
Во 2-м каскаде схема преобразуется в аналогичную, но в качестве сопротивления генератора будет сопротивление нагрузки. Оно равно параллельному соединению резисторов R3, R5, R6 и сопротивления транзистора VT2 — h11ЭVT2, т.е.
1/Ri = 1/R3+1/R5+1/R6+1/h11ЭVT2 => Ri = 610 (Ом)
Аналогично С1 и С2 определяем емкости конденсаторов С3 и С4
С3 = 2? /( Ri + h11ЭVT2) = 2?0,0056/(610+39246) = 0,000000281 (Ф)
Из справочника выбираем стандартную емкость конденсатора
С3 = 0,27 мкФ.
С4 = С3?(h21ЭVT2VT3ср+1) = 0,00000027?3136 = 0,000845 (820 мкФ)
В 3-ем каскаде схема преобразуется, как и в 2-х предыдущих каскадах. В качестве сопротивления генератора будет параллельное соединение сопротивлений R9, R11, R12 и h11ЭVT4, т.е.
1/Ri = 1/R9+1/R11+1/R12+1/h11ЭVT4 => Ri = 504 (Ом)
С5 = 2? /( Ri + h11ЭVT4) = 2?0,0056/(504+694) = 0,0000093 (Ф)
Из справочника выбираем стандартную емкость конденсатора
С5 = 9,1 мкФ.
С6 = С5?(h21ЭVT4+1) = 0,0000091?56 = 0,000509 (510 мкФ)
Выходная цепь преобразуется следующим образом :

Зная сопротивления R11 и найти емкость конденсатора С7 :
С7 = ? /( R11+Rн) = 0,0056/(2000+50000) = 0,1 (мкФ)

3.2 Расчет схемы по высоким частотам
Для расчета схемы по высоким частотам необходимо найти для каждого каскада СЭКВ. По теореме Миллера оно определяется по формуле:
СЭКВ = СК?(kU+1) , где СК – емкость коллекторного перехода транзистора. Для транзистора КТ3115А СК = 7пФ.
Для 1-го каскада СЭКВ1 = СК?(kU1+1) = 7?10-12 (16,104+1) = 119,72 (пФ)
Для 2-го каскада СЭКВ2 = СК?(kU2+1) = 7?10-12 (40,32+1) = 289,24 (пФ)
Для 3-го каскада СЭКВ3 = СК?(kU3+1) = 7?10-12 (153,84+1) = 1083,88 (пФ)
Определим постоянную времени ? практическим путем. Она равна произведению эквивалентной емкости соответствующего каскада на сопротивление нагрузки :
?1 = СЭКВ1?Rн = 0 ;
?2 = СЭКВ2?Rн = 289,24?10-12 ?610 = 1,76?10-7 (с) ;
?3 = СЭКВ3?Rн = 1083,88?10-12 ?504 = 5,45?10-7 (с) ;
Подставляем наши значения ?2 и ?3 в формулу и определяем частоту :
_________ __________
0,707 = (1/?1+?2?22) ?(1/?1+?2?32) =>
=> (1+?2?22)?(1+?2?32) = 2 =>
=> ?4(?22??32) + ?2(?22+?32) –1 = 0 =>
=> ?4?92?10-28 + ?2?32,8?10-14 –1 =0
Получили квадратное уравнение относительно ?2. Решим его
D = 1075?10-28 + 368?10-28 = 1443?10-28
__
?D =38?10-14 ; ?2 = (-32.8?10-14 ? 38?10-14 )/2?92?10-28 = 0.028?1014
? = 1673320 => Fmax = ?/2? =266452
Полученная верхняя частота среза превышает заданную Fmax = 11кГц, следовательно, данный усилитель обеспечивает работу в заданном диапазоне частот.

4.Расчет стабилизатора питания

Исходные данные для расчета стабилизатора будут :
ЕП = 13 В, UН = 10 В,
IН = I1 + I3 + I5 + I7 + I9 + I11 =
= 0,000037+0,00032+0,0000019+0,002+0,000036+0,002 = 0,0044 (4,4 мА)
Подбираем транзистор, исходя из условий :
IKmax > IН =>IKmax > 4.4 мА и UБК > (ЕП – UН ) => UБК > 3 В
PK > IН(ЕП – UН ) => PK > 0.0132 Вт
Выбираем транзистор КТ206А, со значениями параметров :
h21Эmin = 30, IKmax = 20 мА, UБК = 30В
Выбираем стабилитрон исходя из его напряжения стабилизации :
UСТ = UН = 10 В (выбираю стабилитрон КС210Ж)
Параметры стабилитрона КС210Ж :
— минимальный ток стабилизации IСТmin = 0.5 В;
— максимальный ток стабилизации IСТmax = 13 В;
— дифференциальное сопротивление при 298 К, IСТ = 4 мА RСТ = 40 Ом
IСТ = (IСТmin +IСТmax )/2 = (0.5+13)/2 = 6.75 (мА)
Находим ток базы транзистора VT5:
IБ ? IН / h21Эmin = 4,4/30 = 0,00015
Находим сопротивление резистора R13
IR13 = IБ+ IСТ =0,00015+0,013 = 0,01315 (А)
R13 = (ЕП – UСТ )/ IБ = 3/0,01315 = 228 (Ом)
Определим коэффициент стабилизации КСТ :
КСТ = (UСТ – 0,6 В) / ЕП ? ( R13/RСТ +1) = 9,4/10?(228/40+1) = 6,298
Определим коэффициент полезного действия стабилизатора следующим образом :
? ? IНUН /( IНUН + IСТUСТ + IR13 UR13 + IK UКЭ ) ? 100 %
? = IНUН /( ЕП?( IН+ IСТ)) ? 100 % = 0,0044?10/(13(0,0044+0,00675)) ? 100 %
? ? 30,3 %

5.Список использованной литературы

1. « Основы электроники » Жеребцов И.П.
2. « Радиотехника » Деминзон Е.М.
3. « Полупроводниковые приборы. Справочник » Баюков А.В.
4. « Транзисторы. Справочник » Баюков А.В.

Загрузка...